氯堿企業(yè)合理實施錯峰用電的效益分析

耿慶魯，劉立華

(德州實華化工有限公司，山東 德州 253007)

氯堿企業(yè)合理實施錯峰用電的效益分析

耿慶魯*，劉立華

(德州實華化工有限公司，山東 德州 253007)

離子交換膜電解槽；錯峰用電；節(jié)能降耗

根據(jù)某公司40萬t/a離子膜法燒堿的實際情況，采用錯峰用電計劃，減少離子膜電解槽的電費支出，最終實現(xiàn)電解裝置的穩(wěn)定運行，并達到節(jié)能降耗的目的 。

1 德州實華生產(chǎn)現(xiàn)狀

德州實華化工有限公司(以下簡稱“德州實華”)具有40萬t/a的離子膜法燒堿規(guī)模，擁有2套20萬t/a離子膜法燒堿裝置，相繼于 2011 年11月和2016 年 8 月建成投產(chǎn)。

國產(chǎn)2.5萬t/a離子膜法燒堿生產(chǎn)裝置采用藍星(北京)化工機械有限公司NBZ-2.7自然循環(huán)膜極距電解槽，共有150個單元槽，設計電流14.85 kA，運行電流14.5 kA。因距離電力公司變電站較近，且德州實華具有約10萬kW的發(fā)電負荷，40萬t/a離子膜整流裝置的進線電壓選擇35 kV，在整流站設置35 kV開關站，便于整流變壓器停送電操作。整流變壓器采用“一拖二”的運行方式，由1臺整流變壓器帶2臺整流柜及2臺離子膜電解槽組成。現(xiàn)共有16臺膜極距離子膜電解槽規(guī)?；a(chǎn)模式。

離子膜法生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

氯堿企業(yè)的用電成本約占生產(chǎn)成本的65%?，F(xiàn)階段國家電網(wǎng)的電價采用六時段計價方式，總電費包括六時段電費總和、基本電費及功率因數(shù)獎罰。由于尖峰、峰及平、谷電價差異較大，在具有富余能的情況下，對離子膜電解的負荷實施錯峰運行有利于降低平均電耗，從而降低生產(chǎn)成本。

本文根據(jù)德州實華40萬t/a離子膜法燒堿的實際情況，采用錯峰用電計劃，減少離子膜電解槽的電費支出，最終實現(xiàn)電解裝置的穩(wěn)定運行，并達到節(jié)能降耗的目的 。

2 錯峰用電實施方案

錯峰用電實施目的是在電價峰值的時間段，降低裝置負荷、減少產(chǎn)量和能耗；在電價谷值的時間段，提高裝置負荷、增大裝置產(chǎn)量和能耗，最終達到減少電費支出，實現(xiàn)企業(yè)效益最大化的目的。

德州市大工業(yè)用電分時電價表如表1所示。

圖1 離子膜法生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Process flow of ion-exchange membrane electrolysis

表1 德州市大工業(yè)用電分時電價表Table 1 Time-of-use electricity price for major industrial users in Dezhou City 元/(kW·h)

從表1可以看出：每天的23:00到第二天的7:00電價最低，即為谷電時段；其他時段的用電價格較高，稱為峰電時段。因此，企業(yè)應安排在23:00到第二天的7:00的谷電時段盡最大可能開足負荷，多用價格最低的電。從裝置的安全及頻繁的操作對離子膜電解槽的影響等多方面考慮，最后選擇每天進行一升一降方案，即每天的23:00把電流升上去，第二天的7:00前把電流降下來。

表2為錯峰用電實施方案中某一時段離子膜電解槽電流控制指標。

由表2可以看出：根據(jù)更換膜的時間不同，在非谷電時段的運行電流稍有差別；但在23:00到第二天7:00的谷電時段，則以比離子膜電解槽的設計電流稍低的電流14.50 kA運行，盡可能地使用便宜電價的電能。這樣合理調(diào)整整流負荷用電時間，積極利用峰谷電價差，適當調(diào)整整流負荷，將部分高峰用電時間轉移到低谷時段。

離子膜電解槽采用峰谷電流負荷調(diào)整時，在不考慮其他影響的前提下，燒堿產(chǎn)量相同時，峰谷分時運行電流差距越大，節(jié)電費用越顯著。峰谷電流負荷調(diào)整，可以減少企業(yè)的用電費用，達到降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益的目的。電解槽運行電流在一定范圍內(nèi)波動對電流效率影響不大，是以隨電流負荷的改變能及時調(diào)整與電解槽相關的工藝控制指標為前提的。調(diào)整電流負荷時要及時調(diào)整入槽鹽水、純水、鹽酸、循環(huán)堿的流量，將陰陽極液的濃度及陽極液的 pH 值控制在工藝允許的范圍內(nèi)。還要通過調(diào)整入槽循環(huán)堿溫度，保持電解槽溫度在最佳范圍。

表2 錯峰用電實施方案中分時段離子膜電解槽電流控制指標Table 2 Control indexes of electrolyzer current in certain periods in implementation of off-peak electricity kA

目前，操作管理水平有了較大提高，且離子膜法燒堿生產(chǎn)企業(yè)均采用 DCS 控制，可以比較方便地調(diào)整運行參數(shù)，維持電解槽在較好的狀態(tài)下運行。

3 錯峰用電的經(jīng)濟效益分析

結合表1和表2，按照直流電(交流電數(shù)值略大)計算，并且假設低電流時的電壓為465 V，高電流時的電壓為488 V，平均電流時的電壓為480 V。

全天的平均用電負荷為：

(185×465×16+232×488×8)÷(480×24)=198.1 (kA)。

于是，每天節(jié)約電費：

198.1×488×0.632 4×16+

198.1×488×0.316 2×8-

(185×465×0.632 4×16+

232×488×0.316 2×8)=

65 891(元)。

那么，年節(jié)約電費開支：

365×65 891=24 050 215(元)≈

2 405(萬元)。

4 實施錯峰用電對設備運行影響分析

(1)對整流變壓器的影響主要是調(diào)變觸頭磨損與燒蝕，調(diào)變用的有載開關的動作次數(shù)是有記錄的，檢修也是按照動作次數(shù)來決定的，因此升降電流對整流變的影響主要是對調(diào)壓和有載開關的影響，對整流變沒有大的損害。

(2)對整流器的影響可以忽略。但是如果調(diào)整后長時間運行于低導通角狀態(tài)，對晶閘管本身是有損害的。也就是說，任何時候都不要讓晶閘管處于低導通狀態(tài)。應配合調(diào)變檔位，讓晶閘管處于基本全導通狀態(tài)。

(3)對離子膜的影響。低電流會讓槽溫降低，不利于離子膜的交換效率，而離子膜的使用壽命是與離子交換總量相關的，所以，低電流運行可以提高離子膜的使用壽命。因此，就離子膜本身而言，在其允許的電流密度范圍內(nèi)，其特性對電流高低不敏感，完全可以通過升降電流來應對峰谷電價，保持最大效益化。

(4)對電解槽本身的影響。槽溫低時，槽框收縮，電解槽壓緊壓力減小，容易泄漏；電流高時，電解槽壓緊壓力增高，墊片被強烈壓縮，容易損壞墊片。所以，要使電解槽擠壓機處于浮動狀態(tài)，不要完全鎖緊，運行中加強巡檢，避免泄漏。

(5)對整個電解系統(tǒng)而言，電流的升高與降低，都要限定在一個范圍內(nèi)。這個范圍的界定就是氯壓機以及氯氣調(diào)節(jié)閥的可控范圍、氫壓機與氫氣調(diào)節(jié)閥的可控范圍。

5 實施錯峰用電的注意事項

(1)為保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，電解槽在升降電流時，必須由生產(chǎn)調(diào)度統(tǒng)一指揮，按照總控制電流1 kA/min的速率升降電流，盡量避免因電流升降過快導致電解槽槽溫或氣體壓力波動較大而造成設備跳停事故[1]。

(2)控制好電解槽的堿濃度和含鹽等指標，對各項指標進行實時監(jiān)控并及時調(diào)整，在升降指標的過程中，須增加中控分析指標的取樣頻率，并根據(jù)指標的變化調(diào)整物料的加入量，保證各項指標的穩(wěn)定[2]。

(3)電流升降完畢后，應加強巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

(4)電解槽低負荷運行時，應認真觀察在線氫氣分析儀的變化，控制氯中含氫的體積分數(shù)在合理范圍內(nèi)。

(5)注意氯中含氧濃度。氯中含氧體積分數(shù)主要與出口淡鹽水pH值有關，在錯峰運行時，確認pH值的穩(wěn)定性非常重要。

(6)電解槽升降電流時，DCS操作人員應控制氯氣氫氣的壓力平穩(wěn)，減少氣體波動對極網(wǎng)的損傷，或者因壓差波動引起DCS保護動作。

6 運行總結

實施錯峰用電生產(chǎn)模式，雖然不利于離子膜電解槽的穩(wěn)定運行，整流變壓器增加切換檔位的次數(shù)，降低了整流電氣元件、觸控元件的使用壽命，也不利于配套動力設備如透平機、氫壓機、螺桿機組等的穩(wěn)定運行，但在保證安全的情況下，是當前氯堿企業(yè)提高效益的一種重要手段，需要企業(yè)制定嚴格操作規(guī)程，細化執(zhí)行的過程，并由精細的管理團隊認真管理，嚴格各項生產(chǎn)工藝指標，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運行。

[1] 陳再昕.氯堿公司峰谷電運行總結[J].中國氯堿，2016(9)：8-10.

[2] 程殿彬，陳伯森，施孝奎. 離子膜法制堿生產(chǎn)技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010：138.

[編輯：蔡春艷]

Benefitanalysisofproperoff-peakelectricityinchlor-alkalienterprises

GENGQinglu,LIULihua

( Dezhou Shihua Chemical Co.,Ltd.,Dezhou 253007,China)

ion-exchange membrane electrolyzer; off-peak electricity; energy saving and consumption reducing

According to the practical situation of a facility for 400-kt/a ion-exchange membrane caustic soda at a company,off-peak power plan is taken to reduce the electricity cost of ion-exchange membrane electrolyzers. Thus the aims such as stable operation of electrolysis devices,energy saving and consumption reducing are eventually realized.

TQ114.262

B

1008-133X(2017)07-0010-03

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耿慶魯(1967—)，男，高級電氣工程師，1992年7月畢業(yè)于成都科技大學電力工程系電力系統(tǒng)及自動化專業(yè)，多年來一直從事燒堿生產(chǎn)的發(fā)電、輸電、配電及整流裝置的設計、安裝和改造。

2017-05-17